生物學教學相關文化論文
摘要 本文多角度分析了中學生物學教學強化知識之間邏輯聯(lián)系的必要性，并以高中生物新課程的部分教學內(nèi)容為例，分析了章與章之間、節(jié)與節(jié)之間知識上的邏輯聯(lián)系，從導入、展開和小結(jié)三個環(huán)節(jié)提出了強化知識間邏輯聯(lián)系的教學策略。
關鍵詞：生物學教學；知識；邏輯聯(lián)系
在觀摩課和研究課中經(jīng)常出現(xiàn)這樣的情況：新課導入環(huán)節(jié)播放豐富多彩的視頻資料，配以優(yōu)美動聽的音樂，營造出情趣盎然的課堂氛圍，但是從內(nèi)容上看與已經(jīng)上過的課沒有什么關聯(lián)，新課仿佛從天而降一般，即便生動，也很突兀；教學過程中名詞概念一個接一個地羅列，都交待得很清楚，卻缺少思維上的連貫性。這樣的現(xiàn)象引發(fā)筆者對強化知識性教學內(nèi)容之間邏輯聯(lián)系的思考，現(xiàn)不惴淺陋，略述管見，供大家參考。
一、強化知識內(nèi)容之間邏輯聯(lián)系的必要性
以往很長時間內(nèi)，中學生物課程的教學內(nèi)容中描述性內(nèi)容居多，原理和規(guī)律性內(nèi)容較少，這就容易導致學生的學習以識記為主，思維得不到應有的鍛煉，對知識的記憶也難以持久。自20世紀90年代以來，這一狀況正在逐步改變，主張“生物課程是理科課程，理科應講理”的呼聲越來越高，這里所說的“理”其實就是邏輯和邏輯聯(lián)系。
從課程標準的要求看，必修模塊的具體內(nèi)容標準中，知識性內(nèi)容的學習目標分為了解、理解、應用三個水平，其中理解水平的內(nèi)容占大多數(shù)。而所謂理解水平就是要學生能夠“把握內(nèi)在聯(lián)系”。學生只有在認識和把握了概念之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系后，才能真正理解所學知識，才能將知識內(nèi)化形成一定的知識結(jié)構(gòu)。
從學習心理學的角度看，學科的內(nèi)容結(jié)構(gòu)并不等同于學生的知識結(jié)構(gòu)，換言之，學科的內(nèi)容結(jié)構(gòu)不能直接強加于學生的心理結(jié)構(gòu)中。要讓學生形成良好的知識結(jié)構(gòu)，一方面要保證教學內(nèi)容具有良好的結(jié)構(gòu)性，為學生形成、完善和擴展自己的知識結(jié)構(gòu)打下良好的基礎，另一方面要把握好內(nèi)容結(jié)構(gòu)與學生的認知結(jié)構(gòu)（知識結(jié)構(gòu)、認知能力結(jié)構(gòu)等）之間的關聯(lián)性，使學科的內(nèi)在邏輯與學生的心理邏輯統(tǒng)一起來，以便讓學生通過同化和順應等心理過程，使二者實現(xiàn)有效的對接①。上面所說空降式的新課導入模式，既沒有體現(xiàn)學科的內(nèi)容結(jié)構(gòu)（與前面章節(jié)的邏輯聯(lián)系），也沒有考慮到學生原有的認知結(jié)構(gòu)（已經(jīng)學習的概念和原理等），其缺陷當然不言自明了。俗話說“溫故而知新”，從學生學習過的知識入手，創(chuàng)設問題情境，合乎邏輯地提出新問題，從而導入新課，能夠有效地喚起學生的求知欲。
從科學和科學教育的性質(zhì)看，強化知識內(nèi)容間的邏輯聯(lián)系也是生物學教育的應有之義。生物學無疑屬于科學，生物學教育無疑屬于科學教育�？茖W意味著以理性的態(tài)度和理性的思維來認識客觀世界的本來面目，弄清楚一個接一個的“WHAT”、“HOW”和“WHY”。英國科學哲學家波普爾說過：“科學和知識的增長永遠始于問題，終于問題──愈來愈深化的問題②”。這句話中“始于”的問題與“終于”的問題是有著非常緊密的邏輯聯(lián)系的，前一個問題解決后，后一個問題的提出就成為邏輯的必然。以基因為核心的現(xiàn)代遺傳學的發(fā)展就是最好的例證�？茖W既是如此，科學教育中呈現(xiàn)在學生面前的科學自然也應如此。科學是如此波瀾壯闊，跌宕起伏，問題層出不窮，研究永無止境。如果我們的科學教育只是靜態(tài)地、孤立地呈現(xiàn)一個個研究的結(jié)果和結(jié)論，未能體現(xiàn)提出問題的邏輯、研究過程的邏輯、得出結(jié)論的邏輯、提出新問題的邏輯，那么學生學習的還是真實的科學嗎？這樣的科學教育是不是偏離抑或尚未觸及科學教育的本質(zhì)呢？
從美學和美育的角度看，生物學的美絕不僅僅表現(xiàn)在形形色色的生物身上，更蘊涵在艱難曲折又精彩絕倫的研究過程中，蘊涵在從問題到結(jié)論再到新問題，從建構(gòu)概念、探明原理和發(fā)現(xiàn)規(guī)律到建構(gòu)整個學科知識體系的內(nèi)在邏輯聯(lián)系中。將外在的形式美與內(nèi)在邏輯美統(tǒng)一起來，才是比較完整的科學美，這樣的美育才是比較完整的科學美的教育。從小學到初中再到高中，科學（生物學）課程的美育內(nèi)容中內(nèi)在邏輯美的比重應當不斷提升。
二、知識內(nèi)容之間的邏輯聯(lián)系例析
盡管生物學早已超越了描述性科學的階段，還是有不少人認為它就是對生物從外到內(nèi)、從結(jié)構(gòu)到功能、從現(xiàn)象到規(guī)律等方方面面的描述，課堂教學中抽絲剝繭單純描述的做法也不鮮見，結(jié)果導致教學枯燥無味，學生死記硬背。實際上，中學生物課程中相關知識內(nèi)容之間的邏輯聯(lián)系比比皆是，需要整理和挖掘。下面以人教版普通高中生物課程標準實驗教材的內(nèi)容為例來分析。
1．章與章之間的邏輯聯(lián)系
《分子與細胞》模塊第一章初步闡明了細胞是基本的生命系統(tǒng)�！凹毎腔镜纳到y(tǒng)”這一命題既是貫穿本模塊各章的主線，也可以看作本模塊內(nèi)容結(jié)構(gòu)的邏輯起點。為什么說細胞是系統(tǒng)？是因為細胞是一個由各個組分相互作用、密切聯(lián)系所形成的有機整體。為什么說細胞是生命系統(tǒng)？是因為這個系統(tǒng)是有生命的。對“有生命”的理解關鍵在“生”字�！吧敝辽儆腥龑雍x：第一層是從無到有叫生（無中生有），比如生孩子的生，生生不息的生；第二層是“活”的意思，也就是跟外界進行物質(zhì)、能量和信息的交換，或者說能夠進行代新陳代謝、有應激性；第三層是“長”的意思，也就是從小長大，廣義一些還應該包括發(fā)育、衰老和死亡，因為發(fā)育和衰老是“生”的過程，死亡是
“生”的終點。為什么說細胞是基本的生命系統(tǒng)？因為它是構(gòu)成更高層次生命系統(tǒng)（生物體）的基本單位，還因為它是各個層次生命系統(tǒng)中最微小的。由此可見“細胞是基本的生命系統(tǒng)”這一命題由一條概念鏈形成的（圖1左側(cè)），其中“系統(tǒng)”是“生命系統(tǒng)”的上位概念，“生命系統(tǒng)”又是“基本的生命系統(tǒng)”的上位概念。
第一章確立“細胞是基本的生命系統(tǒng)”后，接下來各章要依次從不同角度來深入分析為什么說細胞是一個基本的生命系統(tǒng)：組成它的物質(zhì)與非生命系統(tǒng)有什么不同？──第二章；組成它的各種結(jié)構(gòu)（細胞膜、細胞器、細胞核）是如何緊密聯(lián)系形成一個有機整體的（即系統(tǒng)）的？──第三章；它是怎樣與外界進行物質(zhì)和能量的交換（即“活”）的？──第四、五章；它是怎樣產(chǎn)生（增殖）、生長、衰老和死亡（即“生”的第一層和第三層含義）的？──第六章。換言之，第一章確立“細胞是基本的生命系統(tǒng)”這一基本命題，第二章分析其物質(zhì)基礎，第三章論證它是系統(tǒng)，第四、五、六章論證它是生命系統(tǒng)。
《遺傳與進化》模塊包括七章內(nèi)容，每章分析一個中心問題，七章就構(gòu)成了由七個中心問題組成的大問題串，這七個中心問題之間存在著緊密的邏輯聯(lián)系。在孟德爾之前，人們不知道決定遺傳的內(nèi)在因素是什么，有人甚至猜想人的受精卵中就有一個器官齊全的微縮的小人。人類是怎么認識到基因的存在的呢？這是第一章《孟德爾的豌豆雜交實驗》要解決的問題。孟德爾的遺傳因子理論讓人們認識到對遺傳和變異起決定作用的是遺傳因子（后來改稱為基因），但是人們還不知道它到底是某種非實體的因素還是物質(zhì)的實體。如果它是一種物質(zhì)實體，必定存在于細胞中一定的位置，那么基因到底在哪里呢？這是第二章《基因和染色體的關系》要解決的問題。這個問題解決后，知道了基因位于染色體上，但是染色體是由蛋白質(zhì)和DNA兩種物質(zhì)組成的，基因到底是什么呢？這是第三章《基因的本質(zhì)》要解決的問題。這個問題解決后，人們知道了基因是有遺傳效應的DNA的片段，那么基因是怎樣控制性狀的呢？這是第四章《基因的表達》要研究的問題……抓住了這些在邏輯上環(huán)環(huán)相扣的問題，再在每章的教學中將章的中心問題逐層分解成更加具體的問題，以問題來驅(qū)動學生的學習，就能真正體現(xiàn)生物學“作為探究的科學”的特點，也有利于學生通過探究性學習來建構(gòu)知識，形成良好的知識結(jié)構(gòu)。
2．節(jié)與節(jié)之間的邏輯聯(lián)系
教材節(jié)與節(jié)之間的邏輯聯(lián)系有的是內(nèi)在的，有的是外在的。
《分子與細胞》模塊第5章《細胞的能量供應和利用》是體現(xiàn)知識之間內(nèi)在邏輯聯(lián)系的實例。
本章分四節(jié)：第一節(jié)《降低化學反應活化能的酶》，第二節(jié)《細胞的能量通貨──ATP》，第三節(jié)《ATP的主要來源──細胞呼吸》，第四節(jié)《能量之源──光與光合作用》。本章的邏輯起點是細胞的能量供應和利用都要經(jīng)過化學反應（圖2）。分子一般是穩(wěn)定的，要讓它們發(fā)生化學反應，往往需要將分子活化，以克服分子發(fā)生化學反應的能障�？朔苷系霓k法不外乎兩種：一種是讓反應物分子獲得足夠的能量，使它能自己跳過“門檻”，如加溫、加壓等；一種是使化學反應需要的活化能降低，即降低“門檻”，也就是加催化劑。細胞內(nèi)是不可能有高溫高壓等劇烈條件的，其化學反應只能在溫和的條件下進行，所依靠的催化劑就是酶。酶的化學本質(zhì)是什么？它與無機催化劑相比有什么不同的特性？這是第一節(jié)要探究的問題。從能量角度來看，細胞內(nèi)的化學反應有吸能反應和放能反應之分，不同的化學反應之間如何建立起能量的聯(lián)系呢？這就猶如買賣東西需要貨幣一樣，細胞中不同結(jié)構(gòu)、不同化學反應之間能量聯(lián)系的建立要靠能量的“通貨”──ATP。ATP是什么樣的物質(zhì)？它為什么能夠充當細胞內(nèi)能量的“通貨？這是第二節(jié)要探究的問題。第二節(jié)明確了ATP是為細胞直接提供能量的物質(zhì)，那么，ATP中的能量來自哪里？主要來自細胞呼吸，即細胞中的有機物氧化分解，將其中的能量釋放出來，使ADP形成ATP。這是第三節(jié)要研究的內(nèi)容。細胞中有機物中的能量又是來源于哪里呢？對絕大多數(shù)生物來說，最終來源都是光合作用固定的太陽能，這就是第四節(jié)要探究的問題。這樣的邏輯聯(lián)系理清之后，諸如“為什么先講細胞呼吸后講光合作用？”之類的問題就迎刃而解了。
例2．《遺傳與進化》模塊第六章《從雜交育種到基因工程》是體現(xiàn)知識之間外在邏輯聯(lián)系的實例。
本章分兩節(jié)：第一節(jié)《雜交育種與誘變育種》，第二節(jié)《基因工程及其應用》。雜交育種、誘變育種和基因工程育種都是人類根據(jù)自己的需要對生物的基因組成進行人工干預的過程。作為同一范疇、目前現(xiàn)實中并用的技術，它們之間的邏輯聯(lián)系與其說是知識之間內(nèi)在的聯(lián)系，不如說是人類社會的需要所賦予的外在聯(lián)系。這一章的邏輯起點是人類可以運用知識和技術來改變生物的基因組成，培育新品種。遠在基因理論提出之前，人類就通過汰劣留良來進行選擇育種，但是選擇的周期很長，只能在不同品種之間取舍，不能將不同品種的優(yōu)良性狀集中在一個品種上。孟德爾發(fā)現(xiàn)兩個遺傳基本定律之后，雜交育種被廣泛應用，可以將兩個或多個不同品種的優(yōu)良性狀集中在一起，獲得新品種。但是雜交育種具有明顯的局限性：后代出現(xiàn)性狀分離，育種時間長，不能跨越物種間的障礙，只能實現(xiàn)已有性狀的組合（不能創(chuàng)造新性狀），等等。隨著人們對基因突變的認識加深，發(fā)明了誘變育種技術，用人工方法提高突變率，短時間內(nèi)創(chuàng)造出不少新品種，但是這種技術又有盲目性大等缺點。隨著對基因的結(jié)構(gòu)和功能研究的日益深入，基因工程應運而生，使人類有可能按意愿直接定向地改變生物，培育新品種，當然它也不可能是完美無缺的，也會給人類帶來新的挑戰(zhàn)。育種技術的發(fā)展史表明，科學的進步會催生新的技術，新技術的應用能夠提高生產(chǎn)力，推動人類社會向前發(fā)展；但是任何技術都不是完美無缺的，人類應用一種技術后，很快就會發(fā)現(xiàn)它的局限性，這就產(chǎn)生對新技術的渴求，對科學和技術的發(fā)展產(chǎn)生外部驅(qū)動力；科學的發(fā)展又催生新的技術來滿足人類的新需求……如此循環(huán)往復，科學、技術、社會在互動中共同發(fā)展。本章兩節(jié)其實就是用三種育種技術作為實例來演繹科學、技術和社會的這種互動關系，也就是說，三種技術的知識之間的邏輯聯(lián)系不是知識本身內(nèi)在的，而是靠科學、技術和社會的互動關系而串起來的，估且稱之為外在的邏輯聯(lián)系。
知識內(nèi)容之間外在的邏輯聯(lián)系還可以用個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、生物圈的內(nèi)容來說明。研究合理的捕獲量、害蟲發(fā)生規(guī)律等，僅在個體水平上研究是不夠的，必須將種群作為一個整體來研究；研究一個水體中放養(yǎng)的魚類的種類和數(shù)量、物種入侵等問題，僅研究種群就不夠了，必須要考慮種間關系、不同種群的空間分布、種類豐富度等因素，即需要在群落水平上去研究。同理，生態(tài)系統(tǒng)和生物圈的研究也是非常必要的。教學時如果能將這些外在的邏輯聯(lián)系凸顯出來，就能強化知識內(nèi)容與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，讓學生認識到所學知識的價值，進而強化學習動機，激發(fā)學習興趣。
三、強化知識內(nèi)容之間邏輯聯(lián)系的策略
強化知識內(nèi)容間的邏輯聯(lián)系，首先要認真鉆研課程標準和教材，宏觀上將每一本教材作為一個整體來分析，微觀上將每一章、每一節(jié)作為一個整體來分析，弄清楚不同知識間的內(nèi)在或外在邏輯聯(lián)系。然后，根據(jù)學生的認知水平和認識規(guī)律，每節(jié)課的教學按導入、展開、小結(jié)等環(huán)節(jié)分別確定強化知識間邏輯聯(lián)系的策略。
1．導入策略──“溫故而知新”
在新課導入環(huán)節(jié)，引導學生回憶前面章節(jié)所學知識，再呈現(xiàn)新的情境，引發(fā)學生的認知沖突，從而引出新課要研究的問題，這樣可以幫助學生在頭腦中初步建立新舊知識之間的邏輯聯(lián)系，為激發(fā)興趣、建立知識結(jié)構(gòu)打下較好的基礎。下面以《基因突變及其他變異》一章為例來說明。
在此章之前，學生已經(jīng)學過基因的本質(zhì)、基因的表達等內(nèi)容，知道基因是有遺傳效應的DNA的片段，DNA是化學性質(zhì)很穩(wěn)定的物質(zhì)，因此可以保證遺傳信息在親子代傳遞的穩(wěn)定性；還學過DNA的復制，半保留復制機制保證了親代DNA的遺傳信息能夠準確無誤地傳給子代DNA。在通過提問引導學生回憶這些知識后，可出示親子代間有明顯性狀差異的圖片，提問：“既然如此，為什么后代總是跟親代有一定的性狀差異呢？”學生可能會說，因為子代的基因是來自父母雙方的而不是一方的，基因的自由組合會使后代產(chǎn)生變異。這時可接著提問：“在生物繁殖過程中，除基因的自由組合會使后代產(chǎn)生變異外，基因本身會不會改變呢？DNA復制過程是不是都能保證百分之百地精確無誤呢？復制出了差錯會怎么樣？”接下來還可以把話題轉(zhuǎn)到染色體方面：“染色體是基因的載體，染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的穩(wěn)定對于生物的遺傳非常重要，減數(shù)分裂和有絲分裂保證了后代的染色體數(shù)目與親代一致。那么，后代的染色體數(shù)目總是與親代一樣嗎？如果出現(xiàn)增加或減少又會是什么后果？這就是我們從今天開始要研究的問題──基因突變及其他變異”。
2．展開策略──設計問題串
導入環(huán)節(jié)明確了本節(jié)課的中心問題后，應該將這一中心問題分解成若干個邏輯上緊密聯(lián)系的小問題，引導學生逐個分析，讓學生沿著問題串的思路建構(gòu)知識。
教材中有不少章節(jié)設計了問題串，教師在教學中可以參考。還有一些章節(jié)沒有現(xiàn)成的問題串，需要教師深入挖掘知識間的邏輯聯(lián)系，設計問題串。例如，關于細胞的有絲分裂，教材是按前、中、后、末四個階段依次描述的，涉及的名詞比較多，顯得比較抽象。如果設計成問題串的形式，就不會那么枯燥了�？梢韵却_定這樣一個邏輯起點：“細胞通過有絲分裂形成的子細胞，染色體數(shù)目與親代細胞相等”（討論如果不相等會怎么樣）。從這一邏輯起點出發(fā)，可以設計如下問題串：通過有絲分裂，一個細胞變成兩個子細胞，染色體數(shù)目為什么不減少一半呢（間期復制）──染色體復制后，細胞核中含有兩套染色體（染色質(zhì)），怎么保證兩個子細胞各自得到完整的一套染色體呢？是細胞核簡單地縊裂成兩個嗎？（核仁解體、核膜消失，染色體散亂地分布在細胞質(zhì)中央）──兩套染色體怎么才能分別移動到細胞的兩極呢？（在紡錘絲牽引下，染色體在赤道板“排好隊”，著絲點分裂，姐妹染色單體分開各自成為一條染色體，在紡錘絲牽引下移向兩極……）
3．小結(jié)策略──繪制概念圖
在小結(jié)環(huán)節(jié)，應當將所學知識內(nèi)容之間的邏輯聯(lián)系進行梳理，繪制概念圖不失為一種有效的方法。
繪制概念圖的活動最好由學生自己完成。可以先由學生個人繪制，再經(jīng)過小組討論進行修改，最后由教師進行評價和完善。
繪制概念圖時應強調(diào)圖中任意兩個概念通過連接詞都能構(gòu)成一個有意義的命題。對于理論性強、概念多、層級多的概念圖，如果直接將所有的概念羅列出來，再畫箭頭、填寫連接詞，往往導致圖形凌亂。應引導學生首先抓住最核心的思路，或者找出最基本的命題，確定概念圖的主鏈，再圍繞主鏈補充相關的概念（節(jié)點）和連接詞。
繪制概念圖的策略并非對所有內(nèi)容的總結(jié)都最有效，表格、流程圖、模型圖、結(jié)構(gòu)或過程示意圖等都有其獨特的作用，需要根據(jù)不同教學內(nèi)容的需要合理運用。
主要參考文獻
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